Впрочем, в середине августа Самарское правительство попыталось занять Николаевский уезд, чтобы создать общий фронт с уральскими казаками. Один из руководителей штаба Народной армии Комуча, Павел Петров, отдавал должное усилиям своего противника Чапаева: «Обстановка в районе Самары требовала большого внимания к Николаевской группе противника, которая все усиливалась и все время нажимала от Николаевска на Иващенковский завод (один из крупнейших заводов по производству взрывчатых веществ для снарядов. —
Первоначально наступление противника развивалось успешно, так как значительная часть дивизии Николаевских полков сосредоточилась против уральцев. 11 августа командарм Ржевский доносил: «Противник повел фланговый обход справа против Николаевска, 10-го начал стягивать силы на правый фланг через р. Большой Иргиз и занял с. Камелик (к востоку от Николаевска). По донесениям, переправлено было около 900 человек, кроме того, тянулись громадный обоз и конные разъезды от Яблонного Гая на Журавлиху… Сегодня в 7 часов утра начался артиллерийский бой на правом берегу р. Иргиз с переправившимся противником между селами Камелик (к востоку от Николаевска) и ст. Порубежка».
Одновременно активизировалась и Хвалынская группа Народной армии, которой было поручено вести отвлекающие действия и не дать красным частям сконцентрировать все силы против Николаевской группы. Оправившийся от ран Федор Махин предложил 15 августа отложить операции против Балакова и Вольска до занятия района Николаевска.
С рассветом 17 августа уральские казаки перешли в наступление на полки Уральской дивизии. На следующий день чехи и части Народной армии перешли в наступление у деревни Марьевка и села Ивантеевка. Вскоре красные части, защищавшие Николаевск — 1-й и 3-й Николаевские полки, — вынуждены были отойти ближе к городу, к селам Порубежка и Большая Таволожка.
20 августа части Чехословацкого корпуса, которые назывались «Восточным» или «Николаевским» отрядом, перешли в наступление на город. Внезапность удара позволила чехам опрокинуть противостоящие красные полки и быстро занять город. «Бомбардировка города чехами началась неожиданно, — писали уездные «Известия» Николаевского уезда. — Первый снаряд разорвался во время заседания исполнительного комитета. Члены исполкома немедленно приступили к эвакуации ценностей. Во время вывоза последних члены исполкома были обстреляны белогвардейцами. Поэтому наши части были вынуждены очистить город и занять позиции за городом». С началом артобстрела в городе началось восстание антисоветски настроенной части населения. По красноармейцам и советским работникам, пытавшимся эвакуировать имущество и документы, стреляли с крыш и чердаков домов и складов. Роты 3-го Николаевского полка, непосредственно прикрывавшие город, вынуждены были оставить его и отойти на юг.
Быстрое оставление города красными частями могло привести к личной трагедии для Чапаева, который был равнодушен ко второй жене, но обожал детей от первого брака. Пелагея Камешкерцева с тремя детьми комбрига и двумя своими в те дни находилась в Николаевске.